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JPH0456243B2 - - Google Patents
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JPH0456243B2 - - Google Patents

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JPH0456243B2
JPH0456243B2 JP1271887A JP1271887A JPH0456243B2 JP H0456243 B2 JPH0456243 B2 JP H0456243B2 JP 1271887 A JP1271887 A JP 1271887A JP 1271887 A JP1271887 A JP 1271887A JP H0456243 B2 JPH0456243 B2 JP H0456243B2
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leveling
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barcode
image sensor
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Yoshiisa Narutaki
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OPUTETSUKU KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二点間の高度差を求める比高測定用
水準儀に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a leveling instrument for measuring relative height for determining the height difference between two points.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

比高測定には、一般に標尺とレベルと称されて
いる水準儀と用いる。測定二点に標尺を立てて、
これらの目盛を水平に整置した水準儀の望遠鏡で
交互に読んで、読取値の差を高度差として求めて
いる。
To measure specific height, a leveling rod and a leveling instrument are generally used. Set up a staff at the two measurement points,
These scales are read alternately with a leveling telescope placed horizontally, and the difference in readings is determined as the altitude difference.

また水準儀の望遠鏡の視野内には、視準用十字
線が設けられていて、この十字線に付加された二
本の一定間隔のスタジア線と称されている水平線
を用いて、大まかな水平距離の測定を行うことも
ある。この場合には、スタジア線ではさまれた標
尺上の距離を読んで、望遠倍率により水平距離を
算出している。
In addition, a sighting crosshair is provided within the field of view of the leveling telescope, and two horizontal lines called stadia lines attached to this crosshair are used to calculate rough horizontal distances. Sometimes measurements are taken. In this case, the horizontal distance is calculated by reading the distance on the leveling rod between the stadia lines and using the telephoto magnification.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の比高測定では、測定者が標尺の目盛を読
むので、デイジタル表示が困難であり、またデー
タ処理器への数値読取り、データストア、自動デ
ータ処理ができない問題がある。また水準儀の望
遠視野は1°20′程であつて極端に狭く、標尺に目
盛よりも粗間隔で表示されている桁数字が視野外
となつて、高さ値を読み誤ることがある。スタジ
ア測量も同様であつて、デイジタル読取り及び表
示ができないので、水平距離を自動算出して表示
させることが困難である。
In conventional relative height measurement, the measurer has to read the scale of the leveling rod, which makes digital display difficult, and there is also the problem that it is impossible to read numerical values into a data processor, store data, or perform automatic data processing. Furthermore, the telescopic field of view of a leveling instrument is extremely narrow, at about 1°20', and the digits displayed on the leveling rod at coarser intervals than the scale may fall outside the field of view, leading to misreading of height values. The same is true for stadia surveying, which cannot be digitally read and displayed, making it difficult to automatically calculate and display horizontal distances.

本発明はこの問題にかんがみ、標尺と水準儀と
を用いた比高測定において、デイジタル直読、表
示を可能にすることを目的とする。
In view of this problem, it is an object of the present invention to enable digital direct reading and display in specific height measurements using a leveling rod and a level.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の比高測定用水準儀は、水準望遠鏡と、
上記水準望遠鏡の結像側に設けられた読取りエレ
メントの列から成るイメージセンサと、上記イメ
ージセンサのイメージ出力を処理する処理装置
と、上記処理装置の出力をデイジタル表示する表
示器とを備え、上記処理装置は、測量点における
標尺上に高度値に対応して付されている符号模様
の上記イメージ出力に基き、符号情報を高度値に
デコードするデコード部と、上記イメージ出力に
基き、上記イメージセンサ上の符号模様像の大き
さを上記読取りエレメントの数に対応させて測定
し、水準儀から上記標尺までの概略水平距離を像
の大きさの逆比例演算により算出する距離検出部
とから成り、上記表示器において、上記高度値及
び上記概略水平距離を表示することを特徴とす
る。
[Means for solving the problem] The leveling instrument for measuring relative height of the present invention includes a leveling telescope,
an image sensor comprising a row of reading elements provided on the imaging side of the leveling telescope, a processing device for processing the image output of the image sensor, and a display for digitally displaying the output of the processing device; The processing device includes a decoding unit that decodes the code information into an altitude value based on the image output of a code pattern attached to the leveling rod at the survey point in correspondence with the altitude value, and a decoding unit that decodes the code information into an altitude value based on the image output, and the image sensor that decodes the code information into an altitude value based on the image output. a distance detecting section that measures the size of the upper code pattern image in correspondence with the number of the reading elements and calculates the approximate horizontal distance from the leveling instrument to the above-mentioned staff by inverse proportional calculation of the image size; The display device is characterized in that the altitude value and the approximate horizontal distance are displayed on the display.

〔作用〕[Effect]

イメージセンサ上の符号模様像の大きさが水準
儀と標尺との間の水平距離によつて伸縮すること
を利用して、距離の概略値を求める。従つて上述
の構成によると、高度値をデイジタル直読できる
と共に、面倒なスタジア測量を行うことなく、概
略水平距離が自動計測により表示される。
An approximate value of the distance is determined by utilizing the fact that the size of the code pattern image on the image sensor expands or contracts depending on the horizontal distance between the level and the staff. Therefore, according to the above-mentioned configuration, the altitude value can be directly read digitally, and the approximate horizontal distance can be automatically measured and displayed without performing a troublesome stadia survey.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本発明の実施に用いる水準儀の光学系
を示し、第2図に測定対象である標尺の要部(正
面図)を示す。
FIG. 1 shows the optical system of a leveling instrument used in carrying out the present invention, and FIG. 2 shows the main part (front view) of the leveling rod to be measured.

標尺1の目盛面には、その基端からの高度値を
絶対符号化した光学読取用のバーコード2が、例
えば5mmの単位目盛間隔Pで長手方向(高さ方
向)に配列されている。夫々のバーコード2は、
ナローバー2a(ロジツク“0”に対応)、ワイド
バー2b(ロジツク“1”に対応)及びスペース
2cで構成されている。エレメント2a,2bは
反射率が低い部分(黒)で、スペース2cは反射
率が高い部分(白)に対応する。符号系として
は、工業用又は商業用に使用されている3of9コー
ド、2of5コード、NRZコード(UPC/EAN/
JAN)等を利用することができる。
On the graduation surface of the leveling rod 1, barcodes 2 for optical reading, in which altitude values from the base end are absolutely encoded, are arranged in the longitudinal direction (height direction) at a unit graduation interval P of, for example, 5 mm. Each barcode 2 is
It is composed of a narrow bar 2a (corresponding to logic "0"), a wide bar 2b (corresponding to logic "1"), and a space 2c. Elements 2a and 2b correspond to areas with low reflectance (black), and space 2c corresponds to areas with high reflectance (white). Code systems include 3of9 code, 2of5 code, and NRZ code (UPC/EAN/
JAN) etc. can be used.

水準儀3は公知のオートレベルと概ね同じ光学
系を備え、対物レンズ系4、平行光束系5及び接
眼レンズ系6から成る。接眼レンズ系5は合焦レ
ンズ6a、十字線やスタジア線を付した焦点鏡6
b、接眼レンズ6c等を含む。平行光束系5は望
遠鏡の光軸の傾きにかかわりなく、水平な視準線
を得る自動水平装置であつて、プリズム5a,5
b及び糸で釣り下げられた振り子プリズム5cか
ら成つている。
The leveling instrument 3 has an optical system substantially the same as that of a known autolevel, and consists of an objective lens system 4, a parallel beam system 5, and an eyepiece system 6. The eyepiece system 5 includes a focusing lens 6a and a focusing mirror 6 with crosshairs and stadia lines.
b, an eyepiece lens 6c, etc. The parallel beam system 5 is an automatic leveling device that obtains a horizontal line of sight regardless of the inclination of the optical axis of the telescope.
b and a pendulum prism 5c suspended by a string.

接眼レンズ系6にはビームスプリツタ7が介挿
されていて、分岐された像光が倍率レンズ系8を
通してイメージセンサ9に結像される。このイメ
ージセンサ9は例えばCCDラインセンサであつ
てよく、標尺1の巾方向、即ちバーコード2の符
号エレメントの並び方向に読取ラインが合致する
向きに配置されている。イメージセンサ9の出力
は第3図の処理回路系に導出されて、読取つたバ
ーコード2が復号され、高度値が表示される。
A beam splitter 7 is inserted into the eyepiece lens system 6, and the split image light is focused on an image sensor 9 through a magnification lens system 8. This image sensor 9 may be, for example, a CCD line sensor, and is arranged in such a direction that the reading line coincides with the width direction of the leveling rod 1, that is, the direction in which the code elements of the barcode 2 are arranged. The output of the image sensor 9 is led to the processing circuit system shown in FIG. 3, where the read barcode 2 is decoded and the altitude value is displayed.

第3図において、倍率レベル系8を通して、イ
メージセンサ9に結像された標尺のバーコード像
は、電気信号として読取られて、アンプ10を介
してコンパレータ11に導出される。コンパレー
タ11は、一定レベルE以上をクリツプしてバー
コード信号として取り出す。この際、像が合焦状
態でない場合や、第2図のバーコード2間のライ
ンスペース2dに読取ラインが位置している場合
には、像出力レベルが低いので、コンパレータ出
力に現われることなく除外される。即ち、復号可
能な信号レベルを弁別して、復号値のエラー極力
少なくなるようにしている。
In FIG. 3, a barcode image of a leveling rod formed on an image sensor 9 through a magnification level system 8 is read as an electrical signal and sent to a comparator 11 via an amplifier 10. The comparator 11 clips the signal above a certain level E and extracts it as a barcode signal. At this time, if the image is not in focus or if the reading line is located in the line space 2d between barcodes 2 in Figure 2, the image output level is low and it is excluded without appearing in the comparator output. be done. That is, the decodable signal level is discriminated to minimize errors in decoded values.

コンパレータ11の出力は波形整形回路12で
整形され、バーコード2のバー2a,2bを高レ
ベル、スペース2cを低レベルとするコードパル
スとしてCPU13に供給される。CPU13は、
コードパルスの高レベル部分のパルス巾に基いて
ナローバー2aをロジツク“0“、ワイドバー2
bをロジツク“1”として弁別し、更にこれらを
高度値に復号する。
The output of the comparator 11 is shaped by a waveform shaping circuit 12 and supplied to the CPU 13 as a code pulse that sets the bars 2a and 2b of the barcode 2 to a high level and the space 2c to a low level. CPU13 is
Based on the pulse width of the high level part of the code pulse, the narrow bar 2a is set to logic "0" and the wide bar 2 is set to logic "0".
b is distinguished as logic "1", and these are further decoded into altitude values.

CPU13における復号アルゴリズムは基本的
には時間計測によるパルス巾判定でよい。即ち入
力コードパルスの高レベル部分に対応したパルス
巾をクロツクパルス数に対応させて、ナロー及び
ワイドのエレメント列に対応した時間巾データ列
を作成し、個々のデータの大小比較を所定のマー
ジンでもつて行い、コードビツト列を得る。コー
ドビツト列はその桁ごとにデコーダ(CPUのプ
ログラム中のデコードテーブル)により十進変換
され、高度値としてメモリに記憶されると共に、
表示器14に表示される。また測定高度値を例え
ばRS232C型のI/Oポート15からポケツトコ
ンピユータのようなデータターミナルに転送する
こともできる。
The decoding algorithm in the CPU 13 can basically be a pulse width determination based on time measurement. In other words, the pulse width corresponding to the high level part of the input code pulse is made to correspond to the number of clock pulses to create time width data strings corresponding to narrow and wide element strings, and the magnitude comparison of each data can be made with a predetermined margin. and obtain the code bit string. The code bit string is converted into decimal by a decoder (decode table in the CPU program) for each digit, and is stored in memory as an altitude value.
It is displayed on the display 14. It is also possible to transfer the measured altitude value from the I/O port 15, for example of the RS232C type, to a data terminal such as a pocket computer.

なおバーコード2のスペース2cにもナロース
ペースとワイドスペースとを設けてバーエレメン
トと共にコードとして利用する所謂インターリー
ブバーコード系の場合でも、復号原理は同じであ
る。
Note that the decoding principle is the same even in the case of a so-called interleaved barcode system in which a narrow space and a wide space are provided in the space 2c of the barcode 2 and used as a code together with the bar element.

第4図は水準儀3の後面パネルの正面図であつ
て、接眼レンズ6cの上部に表示器14,15が
設けられていて、表示器14には読取つた高度値
がデイジタル表示される。なお表示器18には後
述の距離測定による概略測距値が表示される。
FIG. 4 is a front view of the rear panel of the leveling instrument 3, and displays 14 and 15 are provided above the eyepiece 6c, and the read altitude value is digitally displayed on the display 14. Note that the display 18 displays an approximate distance measurement value obtained by distance measurement, which will be described later.

第5図のバーコードフオーマツトで示すよう
に、標尺1の表面に付いたよごれや標尺より後の
背景などの像を誤情報として取込むことが無いよ
うに、バーコード2に識別シンボル21(IDコ
ード)を付加することができる。この識別シンボ
ル21は例えば“0000”シーケンス(ナローバー
とスペースとが交互に4つずつ現われる)のよう
な自然には出来にくい特殊コードであつてよい。
この識別シンボル21をCPU13で読取ること
が出来たときにバーコード2の本体を復号するよ
うにプログラムすることができる。またこの識別
シンボル21をバーコード2の本体の前端及び後
端に設けて、両端において識別シンボル21を正
しく読取つたときのみ復号ステツプに進めるよう
にしてもよい。
As shown in the barcode format in FIG. 5, an identification symbol 21 ( ID code) can be added. This identification symbol 21 may be, for example, a special code that is difficult to produce naturally, such as a "0000" sequence (narrow bars and spaces appear alternately in groups of four).
The CPU 13 can be programmed to decode the main body of the barcode 2 when the identification symbol 21 can be read by the CPU 13. Alternatively, the identification symbols 21 may be provided at the front and rear ends of the main body of the barcode 2, and the decoding step may proceed only when the identification symbols 21 are correctly read at both ends.

識別シンボル21の後には、第5図に示すよう
に、例えば4桁のデータエリア22が設けられ、
その後尾にパリテイビツト23が付加される。ま
た必要があれば、コード体系に定義された算術に
従つて計算したチエツクサム24を付加してもよ
い。
After the identification symbol 21, for example, a four-digit data area 22 is provided, as shown in FIG.
A parity bit 23 is added to the tail. If necessary, a checksum 24 calculated according to the arithmetic defined in the coding system may be added.

なお識別シンボル21は、コードデータの読込
み開始点及び終了点をCPU13に認識させるた
めのスタートキヤラクタ及びストツプキヤラクタ
と兼用してもよい。また標尺1上のバーコード2
の前後には一定巾の無信号部分であるスタートマ
ージ25a及びストツプマージン25bを付加す
るのがよい。
Note that the identification symbol 21 may also be used as a start character and a stop character for causing the CPU 13 to recognize the reading start point and end point of code data. Also, the barcode 2 on the staff 1
It is preferable to add a start margin 25a and a stop margin 25b, which are non-signal portions of a certain width, before and after.

識別シンボル21又はスタート/ストツプキヤ
ラクタのコードをCPU13が正しく読取れなか
つた場合には、CPU13から警報信号を出して
表示器14においてNG表示14aを表示させる
ことができる。この場合には、操作者が接眼レン
ズ6cをのぞいて合焦状態のチヤツク及び視野内
にバーコード2が正しく入つているか否かのチエ
ツクを行う。
If the CPU 13 cannot correctly read the identification symbol 21 or the start/stop character code, the CPU 13 can issue an alarm signal and cause the display 14 to display an NG indication 14a. In this case, the operator looks through the eyepiece lens 6c and checks whether the check is in focus and whether the barcode 2 is correctly placed within the field of view.

第2図のバーコード2の長手方向配列のライン
スペース2d(無コード部分)にイメージセンサ
9の読取ラインが位置している場合にも、バーコ
ード2(識別シンボル21)を読取ることができ
ない。この場合には、第3図に示すようにイメー
ジセンサ9の前面側に設けた平行ガラス16を微
小角度だけ傾けて、イメージセンサ9の読取ライ
ンにバーコード2の像が位置するように光軸を折
曲げる操作を行う。この操作によつて像を所定量
(最大でも1/2ピツチ)だけ標尺の長手方向にてシ
フトさせれば、識別シンボル21が読取れるよう
になる。
Even if the reading line of the image sensor 9 is located in the line space 2d (no code part) of the longitudinal arrangement of the barcode 2 in FIG. 2, the barcode 2 (identification symbol 21) cannot be read. In this case, as shown in FIG. 3, the parallel glass 16 provided on the front side of the image sensor 9 is tilted by a small angle so that the optical axis is positioned so that the image of the barcode 2 is located on the reading line of the image sensor 9. Perform the operation of bending. By this operation, the identification symbol 21 can be read by shifting the image by a predetermined amount (1/2 pitch at most) in the longitudinal direction of the leveling rod.

平行ガラス16の傾倒動作を行わせるアクチユ
エータ17を更に設ければ、CPU13からの前
記の読取不良を示す警報信号でもつてこのアクチ
ユエータ17を作動させることにより、自動的に
結像位置の補正を行うことができる。このような
1/2ピツチ相当の光学系の補正を行つても、バー
コード2の間隔を例えばピツチp=5mmの単位目
盛間隔としたとき、±2.5mmの公称測定誤差以上に
読取精度が劣化することはない。
If an actuator 17 for tilting the parallel glass 16 is further provided, the image forming position can be automatically corrected by activating this actuator 17 even with the above-mentioned alarm signal from the CPU 13 indicating a reading failure. I can do it. Even if the optical system is corrected to the equivalent of 1/2 pitch, if the interval between barcodes 2 is, for example, a unit scale interval of pitch p = 5 mm, the reading accuracy will deteriorate beyond the nominal measurement error of ±2.5 mm. There's nothing to do.

アクチユエータ17は、例えば偏心輪とサーボ
モータとで構成することができ、CPU13によ
る制御で連続的に又は一定ステツプ巾で離散的に
光軸の角度を変化させ、イメージセンサ9上への
結像位置が縦方向に変化するように成すことがで
きる。また、視野補正のために横方向に光軸を動
かしてもよい。
The actuator 17 can be composed of, for example, an eccentric wheel and a servo motor, and changes the angle of the optical axis continuously or discretely with a constant step width under the control of the CPU 13, and changes the imaging position on the image sensor 9. can be made to vary in the vertical direction. Furthermore, the optical axis may be moved laterally for visual field correction.

なおイメージセンサ9として複数の読取ライン
を備えるもの又はマトリツクス配列の二次元セン
サを使用すれば、バーコード間のラインスペース
2dにおいて読取れなかつたときに、その読取ラ
インに対して上又は下にシフトした別の読取ライ
ンを用いて読取れるように構成することができ
る。
Note that if the image sensor 9 is equipped with a plurality of reading lines or a two-dimensional sensor with a matrix arrangement, when the barcode cannot be read in the line space 2d between the barcodes, the image sensor 9 can be shifted upward or downward with respect to the reading line. It can be configured so that it can be read using a separate reading line.

読取精度を高めると共に読取エラーを少なくす
るために、第6図のような段違いのコード配列を
採用することができる。即ち、A系列としてピツ
チp(単位目盛間隔)のバーコード2Aを設け、
標尺1の巾方向に隣接させて1/2ピツチだけ長手
方向にずらした同じくピツチpのバーコード2B
をB系列として設ける。この構成によれば、バー
コード2Aのラインスペース2d(無コード部)
にイメージセンサ9の読取ラインが位置して識別
シンボル21の読取ができなかつたときに、B系
列のバーコード2Bの読取に切換えれば、良好に
読取ることができる。
In order to improve reading accuracy and reduce reading errors, it is possible to adopt an uneven code arrangement as shown in FIG. 6. That is, barcode 2A with pitch p (unit scale interval) is provided as A series,
Barcode 2B with the same pitch p, adjacent to the width direction of the staff 1 and shifted by 1/2 pitch in the longitudinal direction
is set as the B series. According to this configuration, line space 2d (no code part) of barcode 2A
When the reading line of the image sensor 9 is located at the 2nd line and the identification symbol 21 cannot be read, the barcode 2B of the B series can be read successfully by switching to reading the barcode 2B.

バーコード1Aと2Bとのコード値を1/2ピツ
チ分違えておけば、公称測定誤差を半分(±1/4
ピツチ)に低減することができる。またバーコー
ド2Aと2Bとで同一コード値を使用しても、
CPU13においてA系列とB系列との切換えを
認識して、復号値に対して1/2ピツチ分の補正演
算を行えば、実質的に公称誤差±1/4ピツチの高
精度の読取り値が得られる。A系列とB系列との
読取を切換えるために、第3図に示した平行ガラ
ス板16を使用することもでき、この場合には光
軸を標尺1の巾方向にシフトし得るように構成す
る。また使用するイメージセンサ9のビツト数
(エレメント数)が十分多くて十分な解像度を有
していれば、イメージセンサ9の読取ラインの領
域を前半部と後半部とに分けて、夫々においてA
及びB系列のバーコード2A,2Bを夫々読取れ
るようにしてもよい。
If the code values of barcodes 1A and 2B are different by 1/2 pitch, the nominal measurement error can be halved (±1/4
It can be reduced to (Pitch). Also, even if the same code value is used for barcodes 2A and 2B,
If the CPU 13 recognizes the switching between the A series and the B series and performs a 1/2 pitch correction calculation on the decoded value, a highly accurate reading value with a nominal error of ±1/4 pitch can be obtained. It will be done. In order to switch the reading between the A series and the B series, the parallel glass plate 16 shown in FIG. . Furthermore, if the number of bits (number of elements) of the image sensor 9 used is sufficiently large and the resolution is sufficient, the area of the read line of the image sensor 9 can be divided into the first half and the second half.
and B-series barcodes 2A and 2B may be readable, respectively.

バーコード2Aと2Bとを標尺1の長手方向に
一部オーバーラツプさせるのが望ましい。即ち、
第6図に示すように、B系列のバーコード2Bの
バー長さを1/2ピツチ以上にして、A系列のバー
コード2Aに対して標尺1の長手方向にオーバー
ラツプさせれば、読取不能が生じることが無くな
る。
It is desirable that the barcodes 2A and 2B partially overlap in the longitudinal direction of the leveling rod 1. That is,
As shown in Fig. 6, if the bar length of the B-series barcode 2B is set to 1/2 pitch or more and overlaps the A-series barcode 2A in the longitudinal direction of the leveling rod 1, unreadability can be prevented. There will be no more occurrences.

勿論、第7図の変形例に示すように、バーコー
ド2A及び2Bの双方のバー長さをピツチpに近
づけて、お互いのオーバーラツプ量を増やし、読
取確度を高めてもよい。しかし第7図の場合に
は、A系列及びB系列の両方を同時に読める高さ
位置が巾広く存在する故、公称精度は実質的にピ
ツチp相当より高くはならない。第6図の場合に
は、1/2ピツチごとにバーコードを配列したのと
概ね等価であるので、公称精度は高まる。
Of course, as shown in the modification shown in FIG. 7, the bar lengths of both barcodes 2A and 2B may be made closer to the pitch p to increase the amount of overlap between them and improve the reading accuracy. However, in the case of FIG. 7, there are a wide range of height positions where both the A series and the B series can be read simultaneously, so the nominal accuracy is not substantially higher than the pitch p. In the case of FIG. 6, the nominal accuracy is improved because it is roughly equivalent to arranging barcodes every 1/2 pitch.

第6図のコード配列では、系列A,Bのバーコ
ード2A,2Bに隣接させて、同一のバーコード
2A′,2B′を夫々付加してある。これらのバー
コード2A′,2B′はCPU13において真値検定
に用いることができる。例えばコード2Aと2
A′との各ビツトを比較して、一致したときのみ
復号処理を行い、不一致のときはエラー処理を行
うように検定アルゴリズムを組込むことができ
る。また、バーコード2A又は2A′の一方のチ
エツクビツト又はチエツクコード(パリテイ又は
チエツクサム、CRC等)でエラーが発見された
ときに、他方のコードを読むようにしてもよい。
In the code arrangement of FIG. 6, identical barcodes 2A' and 2B' are added adjacent to barcodes 2A and 2B of series A and B, respectively. These barcodes 2A' and 2B' can be used for true value verification in the CPU 13. For example code 2A and 2
A verification algorithm can be incorporated to compare each bit with A' and perform decoding processing only when they match, and perform error processing when they do not match. Furthermore, when an error is found in the check bit or check code (parity, checksum, CRC, etc.) of one of the barcodes 2A or 2A', the other code may be read.

バーコードの段差配列を第8図のように更に3
段、4段……と増加させてもよい。第8図の3段
(2A〜2C)の場合には、公称誤差は一系列の
ピツチpの1/3となる。
Add 3 more barcode steps as shown in Figure 8.
It may be increased by stages, 4 stages, and so on. In the case of three stages (2A to 2C) in FIG. 8, the nominal error is 1/3 of the pitch p of one series.

次に第9図にイメージセンサ9としてCCライ
ンセンサを用いた場合の撮像面とバーコード像及
びイメージ信号出力との関係を示し、第10図に
読取り光学系の概略を示す。
Next, FIG. 9 shows the relationship between the imaging plane, the barcode image, and the image signal output when a CC line sensor is used as the image sensor 9, and FIG. 10 shows the outline of the reading optical system.

CCDラインセンサは対物レンズ系4の光軸と
合致した位置に一列の受光エレメント30を有
し、その撮像面にナローバー2a及びワイドバー
2bの結像を生じさせれば、対応するシリアルの
コードパルス信号Spを読出すことができる。サン
プリング定理により、ナローバー2a又はスペー
ス2cの像の巾内に少なくとも2個の受光エレメ
ント30が含まれれば、パルス信号Spに基いてコ
ードを読取ることができる。
The CCD line sensor has a row of light-receiving elements 30 at a position that coincides with the optical axis of the objective lens system 4, and if images of the narrow bar 2a and the wide bar 2b are formed on the imaging surface, the corresponding serial code pulses are generated. The signal S p can be read out. According to the sampling theorem, if at least two light receiving elements 30 are included within the width of the image of the narrow bar 2a or the space 2c, the code can be read based on the pulse signal S p .

CCDラインセンサの解像度及びビツト数(エ
レメント数)を定めるには、標尺1と水準儀3と
の間の距離の変化に応じた像の伸縮を考慮する必
要がある。この点に関しては以下のように距離に
ほぼ逆比例して撮像面の像が縮むと考えることが
できる。即ち、第10図に示すように読取光学系
が対物レンズ系4及び拡大レンズ系8及びイメー
ジセンサ9でもつて構成されている場合、対物レ
ンズ系4の焦点距離をf、標尺1上のバーコード
2までの距離をA、結像点までの距離をBとする
と、 1/A+1/B=1/f、B=A・f/A−f で、倍率uは、u=B/A=B−f/fとなる。比高測 定用水準儀の場合、標尺までの距離Aは一般に2
m〜100mの範囲である。f=100mmの対物レンズ
系4を用いると、Aが100mのとき、Bは約
0.1001mで、倍率uは0.001001倍となる。従つて
横巾(バーコード全長)が20mmのバーコード2を
望遠すると、対物レンズ系4による像の大きさは
約0.02002mm(20μm)となる。
In determining the resolution and number of bits (number of elements) of the CCD line sensor, it is necessary to consider the expansion and contraction of the image according to the change in the distance between the leveling rod 1 and the leveling gage 3. Regarding this point, it can be considered that the image on the imaging plane shrinks in approximately inverse proportion to the distance as described below. That is, when the reading optical system is composed of an objective lens system 4, a magnifying lens system 8, and an image sensor 9 as shown in FIG. If the distance to 2 is A and the distance to the imaging point is B, then 1/A+1/B=1/f, B=A・f/A−f, and the magnification u is u=B/A=B -f/f. In the case of a spirit level for measuring specific height, the distance A to the leveling rod is generally 2
The range is from m to 100m. Using objective lens system 4 with f=100mm, when A is 100m, B is approximately
At 0.1001 m, the magnification u is 0.001001 times. Therefore, when a barcode 2 with a width (total length of the barcode) of 20 mm is telescoped, the size of the image formed by the objective lens system 4 is approximately 0.02002 mm (20 μm).

またAが最短距離2mのとき、同様な計算で像
の大きさは、1.05263mmとなる。即ち、標尺1ま
での距離変化100m〜2mに対し、像の大きさは
ほぼ1:50の比で変化する。
Furthermore, when A is the shortest distance of 2 m, the image size is 1.05263 mm by similar calculation. That is, when the distance to the leveling rod 1 changes from 100 m to 2 m, the image size changes at a ratio of approximately 1:50.

ここでバーコード2のモジユール数(ナローバ
ー2aを1、ワイドバー2bを2〜3、スペース
2cを1としたときのバーコード全体の総和)を
50とする。イメージセンサ9はモジユール数50に
対応したパルス信号を得る分解能を必要とする。
距離A=100mにて必要な分解能を得るための
CCDのエレメント数は、ナイキスト間隔を考慮
すると総モジユール数50の2倍の100ビツトであ
る。第9図に示すCCDの受光エレメント30の
間隔を約10μmとすると、100ビツト分に対応す
るバーコード像の大きさは約1mm程必要である。
従つて第10図の拡大レンズ系8の倍率を50にす
れば、距離100mにて撮像面上のバーコードの全
巾が約1mmとなり、その総モジユール数50が約
100ビツトで読取られるので、必要な分解能が得
られる。
Here, the number of modules of barcode 2 (the total of the entire barcode when narrow bar 2a is 1, wide bar 2b is 2 to 3, and space 2c is 1) is
50. The image sensor 9 requires resolution to obtain pulse signals corresponding to 50 modules.
To obtain the required resolution at distance A = 100m
The number of CCD elements is 100 bits, which is twice the total number of modules (50) considering the Nyquist spacing. Assuming that the spacing between the light receiving elements 30 of the CCD shown in FIG. 9 is approximately 10 μm, the size of the barcode image corresponding to 100 bits is required to be approximately 1 mm.
Therefore, if the magnification of the magnifying lens system 8 in FIG.
It is read in 100 bits, giving you the resolution you need.

距離A=2mのときには、上述したように像の
大きさが50倍に拡大されるので、CCDの全エレ
メント数として5000ビツト(100ビツト×50)以
上(例えば8192ビツト)必要である。このときの
結像面における像の大きさは約50mmである。
When the distance A is 2 m, the image size is enlarged 50 times as described above, so the total number of CCD elements is required to be 5000 bits (100 bits x 50) or more (for example, 8192 bits). The size of the image on the imaging plane at this time is approximately 50 mm.

なお望遠鏡の倍率を高くすると共に、イメージ
センサ9の総ビツト数を多くすれば、200m程度
までの距離における高度差測定か可能である。そ
れ以上は光の波長や、シンチレーシヨンによりバ
ーコード読取が困難になると考えられる。
Note that by increasing the magnification of the telescope and increasing the total number of bits of the image sensor 9, it is possible to measure altitude differences at distances up to about 200 m. It is thought that reading the barcode becomes difficult beyond that due to the wavelength of the light and scintillation.

以上のようにイメージセンサ9の受光面上で像
の大きさがほぼ距離に逆比例することを利用し
て、水準儀3から標尺1までのおおよその距離を
CPU13で算出して表示させることができる。
即ち、CPU13は、波形整形回路12から入力
されるコードパルス信号に基いてバーコード像の
横巾をクロツクカウントにより計測する。上述の
例では距離変化2m〜100mに対し、結像面での
像の大きさが50mm〜1mmと変化するので、これら
の関係と像巾の計測値とから既知定数の逆比例計
算をCPU13で行わせれば、概略の測距値が得
られる。この測距値は第3図、第4図の表示器1
8にて表示される。
As mentioned above, by utilizing the fact that the size of the image on the light-receiving surface of the image sensor 9 is approximately inversely proportional to the distance, the approximate distance from the leveling instrument 3 to the staff 1 can be calculated.
It can be calculated and displayed by the CPU 13.
That is, the CPU 13 measures the width of the barcode image by clock counting based on the code pulse signal input from the waveform shaping circuit 12. In the above example, when the distance changes from 2m to 100m, the size of the image on the imaging plane changes from 50mm to 1mm, so the CPU 13 calculates the inverse proportion of the known constant from these relationships and the measured value of the image width. If this is done, an approximate distance measurement value can be obtained. This distance measurement value is displayed on the display 1 in Figures 3 and 4.
It will be displayed at 8.

なお像巾の計測値に基いて基準距離(例えば50
m時)に対する2m〜100mでの結像倍率を計算
することができる。この結像倍率は、コード読取
の際のナローバー2a及びワイドバー2bの弁別
アルゴリズムにおいて、各測定パルス巾に対する
正規化係数として使用することができる。即ち、
ナローバー及びワイドバーに対応したパルス巾の
デイジタル値をCPU内で正規化演算してから大
小比較の弁別アルゴリズムを実行するように構成
すれば、プログラムがより簡易になると共に、弁
別精度が増す。
Note that the reference distance (for example, 50
It is possible to calculate the imaging magnification at 2 m to 100 m with respect to This imaging magnification can be used as a normalization coefficient for each measurement pulse width in the narrow bar 2a and wide bar 2b discrimination algorithm during code reading. That is,
If the digital value of the pulse width corresponding to the narrow bar and wide bar is normalized in the CPU and then the discrimination algorithm of size comparison is executed, the program becomes simpler and the discrimination accuracy increases.

なお比高測定では、二点において標尺を立てて
夫々の高度読取値の差をもつて高度差とするの
で、上述の実施例の水準儀を用いてこれを自動化
することができる。即ち、標尺1のバーコード2
を読取ることにより、二点の夫々の高度値を
CPUのメモリ内に記憶させ、更にこれらの差を
高度差として表示させることが可能である。
In the specific height measurement, a leveling rod is set up at two points and the difference between the respective altitude readings is used as the height difference, so this can be automated using the leveling instrument of the above-described embodiment. That is, barcode 2 of leveling rod 1
By reading the altitude values of each of the two points,
These differences can be stored in the CPU's memory and displayed as altitude differences.

また上述の実施例においては、測量技士が水準
儀差の接眼レンズ6cをのぞいて合焦状態とする
ようになつているが、個人差により該焦点が異な
るので、自動焦点方式にしてもよい。例えばイメ
ージセンサ9の像出力の微分レベルが最大となる
ようにサーボ動作する合焦レンズモータ及びその
サーボ回路を付加することができる。
Further, in the above-described embodiment, the surveyor looks into the eyepiece lens 6c of the leveling instrument to achieve the focused state, but since the focus differs depending on individual differences, an automatic focusing method may be used. For example, a focusing lens motor and its servo circuit can be added that performs servo operation so that the differential level of the image output of the image sensor 9 is maximized.

また上述の実施例の水平儀3は自動水平補正系
の付いた所謂オートレベルであるが、気泡管を用
いた手動水平整準式のYレベル又はテイルテイン
グレベルに適用することも可能である。
Furthermore, although the leveling instrument 3 of the above-described embodiment is a so-called auto-leveling device equipped with an automatic leveling correction system, it can also be applied to a manual leveling type Y level or tailing level using a bubble tube.

また実施例においては、バーコードを高度目盛
として使用したが、田の字セグメントを用いた符
号体系を用いてもよい。また通常の標尺に付され
ている桁ごとの高度数字及び高度目盛を併用して
もよい。
Further, in the embodiment, a bar code is used as the altitude scale, but a coding system using a square segment may also be used. Alternatively, the altitude numbers and altitude scale for each digit attached to a normal leveling rod may be used in combination.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によると、標尺に付された高度値コード
模様の読取りにより、高度値をデイジタル直読す
ることができると共に、イメージセンサ上のコー
ド模様像の大きさにより水準儀から標尺までの概
略水平距離を測定してデイジタル表示するように
構成したから、比高測量時に面倒なスタジア測量
を行う必要なくなり測量作業を効率良く、簡単に
行うことが可能となる。
According to the present invention, by reading the altitude value code pattern attached to the leveling rod, the altitude value can be directly read digitally, and the approximate horizontal distance from the leveling rod to the leveling rod can be measured based on the size of the code pattern image on the image sensor. Since the structure is configured to digitally display the data, there is no need to carry out troublesome stadia surveying during specific height surveying, and surveying work can be carried out efficiently and easily.

また水平距離の検出手段として高度読取り用の
イメージセンサを利用しているので、水平距離の
検出のために専用の検出要素を設ける必要がな
く、簡単な構成で高機能のデイジタル水準儀が得
られる。
Furthermore, since an image sensor for altitude reading is used as the horizontal distance detection means, there is no need to provide a dedicated detection element for horizontal distance detection, and a highly functional digital leveling instrument can be obtained with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による水準儀の光学系の概略
図、第2図は標尺の要部拡大図、第3図はデータ
処理回路のブロツク図、第4図は水準儀の後部正
面図、第5図は標尺に付したバーコードのフオー
マツト図、第6図〜第8図はバーコード配列の変
形例を示す略線図、第9図はイメージセンサ
(CCD)上のバーコード結像及びイメージ出力を
示す略線図、第10図は読取光学系の概略図であ
る。 なお図面に用いた符号において、1……標尺、
2……バーコード、3……水準儀、4……対物レ
ンズ系、5……平行光束系、6……接眼レンズ
系、7……ビームスプリツタ、8……倍率レンズ
系、9……イメージセンサである。
Fig. 1 is a schematic diagram of the optical system of the leveling instrument according to the present invention, Fig. 2 is an enlarged view of the main parts of the leveling rod, Fig. 3 is a block diagram of the data processing circuit, Fig. 4 is a rear front view of the leveling instrument, and Fig. 5 is a format diagram of a barcode attached to a leveling rod, Figures 6 to 8 are schematic diagrams showing modified examples of barcode arrangement, and Figure 9 is a diagram showing barcode imaging and image output on an image sensor (CCD). The schematic diagram shown in FIG. 10 is a schematic diagram of the reading optical system. In addition, in the symbols used in the drawings, 1... leveling rod,
2...Barcode, 3...Level, 4...Objective lens system, 5...Parallel beam system, 6...Eyepiece system, 7...Beam splitter, 8...Magnification lens system, 9...Image It is a sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 水準望遠鏡と、 上記水準望遠鏡の結像側に設けられた読取りエ
レメントの列から成るイメージセンサと、 上記イメージセンサのイメージ出力を処理する
処理装置と、 上記処理装置の出力をデイジタル表示する表示
器とを備え、 上記処理装置は、 測量点における標尺上に高度値に対応して付さ
れている符号模様の上記イメージ出力に基き、符
号情報を高度値にデコードするデコード部と、 上記イメージ出力に基き、上記イメージセンサ
上の符号模様像の大きさを上記読取りエレメント
の数に対応させて測定し、水準儀から上記標尺ま
での概略水平距離を像の大きさの逆比例演算によ
り算出する距離検出部とから成り、 上記表示器において、上記高度値及び上記概略
水平距離を表示することを特徴とする比高測定用
水準儀。
[Scope of Claims] 1. A leveling telescope, an image sensor comprising a row of reading elements provided on the imaging side of the leveling telescope, a processing device for processing the image output of the image sensor, and an output of the processing device and a display for digitally displaying the information, and the processing device includes a decoding unit that decodes the code information into an altitude value based on the image output of the code pattern attached on the staff at the survey point in correspondence with the altitude value. Based on the image output, the size of the code pattern image on the image sensor is measured in correspondence with the number of reading elements, and the approximate horizontal distance from the leveling instrument to the leveling rod is calculated in inverse proportion to the image size. and a distance detecting section for calculating a specific height, wherein the leveling instrument for measuring relative height is characterized in that the display device displays the altitude value and the approximate horizontal distance.
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